6. Muros antisismicos de tapial (tierra apisonada)

6. Muros antisismicos de tapial
(tierra apisonada)
6.1 Generalidades
La técnica del tapial consiste en rellenar un
encofrado con capas de tierra de 10 a 15 cm
compactando cada una de ellas con un pisón.
El encofrado esta compuesto por dos tablones
paralelos separados, unidos por un travesaño, ver
fig. 6-3. En francés esta técnica se denomina pisé
de terre o terre pisé, en inglés rammed earth.
En comparación con técnicas en las que el barro
se utiliza en un estado más húmedo, la técnica
del tapial brinda una retracción mucho más baja y
una mayor resistencia. La ventaja en relación a
las técnicas de construcción con adobe, es que
las construcciones de tapial son monolíticas y por
lo tanto poseen una mayor estabilidad.
En los encofrados tradicionales, los tablones
paralelos separados se unen por medio de
travesaños (de un espesor considerable) que
atraviesan el muro, ver fig. 6-3 estos al desmoldar
el elemento dejan espacios vacíos que
posteriormente deben ser rellenados. Para evitar
un encofrado que requiera tener la altura de un
piso y para evitar los travesaños se desarrolló en
el Instituto de Investigación de Construcciones
Experimentales (FEB) de la Universidad de
Kassel , un encofrado trepador, utilizando solo un
travesaño de espesor mínimo en la base (4 x 6
mm), ver fig. 6-4.
Antiguamente el barro se compactaba con herramientas manuales utilizando pisones de base cónica, en forma de cuña o de base plana, ver fig.
6-1.
Al utilizar pisones de base cónica y aquellos que
tienen forma de cuña, las capas del barro se
mezclan mejor y se obtiene una mayor cohesión
si se provee a la mezcla una humedad suficiente.
No obstante el apisonado con este tipo de pisones
requiere de un mayor tiempo que aquel ejecutado
con pisones de base plana.
Los muros apisonados con pisones de base plana,
muestran uniones laterales débiles y por ello
deben recibir solamente cargas verticales.
Es preferible utilizar un pisón de dos cabezas con
una cabeza redondeada en un lado y en el otro
una cuadrada. Esto permite que se pueda utilizar
el pisón del lado cuadrado para compactar las
esquinas con efectividad y del lado redondeado
para el resto. Tales pisones son utilizados aún hoy
en día en el Ecuador, ver fig. 6-2.
En el segundo cuarto del siglo XX se utilizaron
en Alemania, Francia y Australia compactadores
6-1 Pisones utilizados para compactación manual
(Minke 2001)
6-2 Pisón de dos cabezas empleado en Ecuador
(Minke 2001)
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eléctricos y neumáticos.
En casi todas las técnicas tradicionales de barro
apisonado, el encofrado se desmonta y se vuelve
a montar horizontalmente paso a paso.
Esto significa que la tierra es apisonada en capas
de 50 a 80 cm de altura, la capa superior de un
muro de tapial siempre es mas húmeda que la
inferior parcialmente ya seca, por ello hay una
retracción más alta en la capa superior. Lo que
conlleva a la aparición de fisuras en la junta de las
mismas.
Esto puede ser peligroso ya que el agua capilar
puede filtrarse hacia estas juntas y quedarse allí,
provocando humedecimiento y desintegración.
Como se puede ver en la misma figura, también
pueden aparecer fisuras verticales en estos muros.
Para evitar las fisuras horizontales de retracción
se deben ejecutar los muros verticalmente y para
ello se puede emplear el encofrado trepador.
6-3 Encofrados para tapial (Minke 2001)
6-4
Encofrado trepador
para paneles de tapial
(Minke 2001)
6.2 Estabilización por la masa
sismos, mientras que varias construcciones
modernas vecinas con muros de menor espesor
colapsaron a pesar de que muchas fueron
construidas con ladrillos y reforzadas con
elementos de hormigón.
Hoy en día viviendas de este tipo ya no se
construyen debido al tiempo de ejecución
requerido para construir muros de 60 a 100 cm de
espesor. Por ello, es necesario buscar nuevas
soluciones.
Cuando los impactos horizontales del sismo
alcanzan el muro perpendicularmente este tiende
a colapsar. Solamente los muros de gran espesor,
tienen la capacidad de resistir estas cargas
laterales sin requerir elementos de estabilización
adicionales.
Se sabe de la existencia de residencias de dos
plantas en Mendoza, Argentina, de más de 150
años de antigüedad que resistieron todos los
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6.3 Estabilización por la forma
Debido a que los muros delgados son débiles a
las impactos horizontales perpendiculares y ya que
los refuerzos de hormigón armado son costosos,
se propone una solución simple de estabilización
mediante la forma angular, es decir elementos de
muro en forma de L, T, U, X, Y o Z que solo por
su forma proveen resistencia al volcamiento y al
colapso, como se puede ver en la fig. 6-5.
Existe una regla para el diseño de los extremos
libres de estos elementos. Si el muro tiene un
espesor de 30 cm, el extremo debe ser de no más
de 3/4 de la altura y no menos de 1/3 de la altura,
ver fig. 6-6.
Esta longitud mínima es necesaria para transmitir
las fuerzas diagonalmente a los cimientos.
Con longitudes mayores, los extremos libres
deben ser estabilizados, mediante otros angulares
o columnas.
Cuando el muro esta anclado abajo con el
cimiento y fijado arriba con el encadenado, es
posible utilizar elementos de mayor altura o
menor espesor. Sin embargo, la altura del muro
no debe ser mayor a 8 veces el espesor (fig 6-7).
6-6 Proporciones aconsejadas para el diseño de elementos
6-5 Elementos de muro estabilizados por su forma
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Las fuerzas perpendiculares al muro se transfieren a la sección del muro paralela a las mismas.
Debido a que las fuerzas se concentran en la
esquina del ángulo, este tiende a abrirse, por ello
es recomendable diseñarlas con un espesor mayor
a la del resto del elemento evitando el ángulo
recto, como se puede ver en la fig. 6-8 y 6-9. Esta
es una solución sencilla especialmente para la
técnica del tapial.
La fig. 6-12 muestra distintas propuestas para
plantas utilizando estos elementos angulares.
Para obtener una estabilización lateral, se recomienda que la junta de dos elementos de muro
sea machihembrada como se puede ver en la fig.
6-10.
Para obtener una estructura mas felxible se pueden emplear elementos de pequeña longitud y
hacer una junta sin machihembrado si los elementos están anclados arriba y abajo, ver fig. 6-11.
Durante un movimiento sísmico esta unión puede abrirse sin colapsar debido a que cada elemento
tiene un movimiento independiente. Este es un
sistema semiflexible que absorbe los choques del
sismo. Un proyecto en el que se implementó esta
técnica se describe en la sección 6.4.
6-8 Forma de un ángulo peligroso y de uno mejorado
6-7 Relación aconsejable para muros de tapial
6-9 Diseño de esquinas de elementos de tapial
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6-10 Estabilización lateral mediante una unión
machihembrada
6-11
6-12 Propuestas de plantas diseñadas con elementos angulares
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6.4 Refuerzos internos
Una solución para estabilizar muros de barro
contra los impactos horizontales del sismo es
utilizar elementos verticales de madera o bambú
dentro del muro, anclados con el sobrecimiento y
fijados al encadenado, ver fig. 6-13.
Los elementos de refuerzo horizontal son poco
efectivos e incluso pueden ser peligrosos, debido
a que no se puede apisonar bien la tierra debajo
de los mismos y ya que el elemento de refuerzo
no tiene una anclaje con la tierra se debilita la
sección en estos puntos y pueden aparecer
quiebres horizontales durante el sismo.
Una sistema de paneles de tapial reforzados con
bambú se desarrolló en 1978 como parte de un
proyecto de investigación en el FEB, y se implemento exitosamente en Guatemala con la Universidad de Francisco Marroquin (UFM) y el Centro de Tecnología Apropiada (CEMAT), ver figs.
6-14 a 6-19.
En este proyecto se construyeron elementos de
80 cm de largo y de un piso de altura, de tapial
reforzado con bambú utilizando un encofrado de
metal en forma de T de 80 cm de largo, 40 cm de
altura y 14 a 30 cm de espesor, ver fig. 6-16 y 619. La estabilidad de los elementos se obtuvo con
4 varillas de bambú de 2 a 3 cm de espesor y la
sección T. Estos elementos se fijaron en la base
a un encadenado de bambú dentro de un zócalo
de mampostería de piedra (hormigón ciclópeo) y
en la parte superior a un encadenado de bambú
rectangular.
6-13
6-14
6-15
19
6-16
6-17
durante el sismo. Esto significa que estas juntas
pueden abrirse y que toda la estructura se deforma
(disipando la energía cinética sísmica) sin que la
unidad del muro se quiebre o colapse. Las
columnas sobre las que descansa la cubierta se
ubicaron a 50 cm del muro hacia el interior, ver
fig. 6-14 de manera tal que la estructura de la
cubierta fuera independiente del sistema de
muros.
Debido a la nervadura integrada al elemento, este
tiene aproximadamente cuatro veces más
resistencia a las impactos horizontales que un
muro de 14 cm de espesor.
Luego del secado aparecieron grietas verticales
de 2 cm de espesor entre los elementos, estas se
rellenaron posteriormente con barro y actúan
como juntas de fallo prediseñadas permitiendo un
movimiento independiente a cada elemento
6-18
20
En 1998 el FEB y científicos de la universidad
de Santiago de Chile elaboraron otro proyecto de
investigación para una vivienda antisismica de
tapial reforzado. La vivienda se construyó en
2001 y tiene 55 m² de superficie útil, ver figs. 620 y 6-21.
El diseño esta regido por la idea de separar la
estructura de la cubierta de la de los muros. La
cubierta descansa sobre columnas independientes
de los muros macizos de tapial, haciendo que
ambos elementos se muevan de acuerdo a su
propia frecuencia en caso de un sismo.
Los muros de tapial de 40 cm tienen forma de L
y U. El ángulo recto que se forma en estos
elementos se sustituye por un ángulo de 45
grados para rigidizar la esquina.
El muro de tapial descansa sobre un
sobrecimiento de hormigón ciclópeo de 50 cm de
espesor. Los refuerzos verticales del tapial los
constituyen cañas de coligüe (bambú chileno) de
2.5 a 5 cm de espesor, fijados al encadenado
superior y anclados en el cimiento, ver fig. 6-21.
El encadenado esta constituido por dos rollizos
de álamo en forma de escalera sobre los muros.
Las ventanas y puertas son de piso a techo y no
tienen segmentos de muro macizo sobre los
vanos.
Asimismo el tímpano de la fachadas este y oeste
se ejecutó con un tabique estructuralmente
aislado para evitar el peligro de la caída de
materiales macizos durante el sismo.
6-20 y 6-21
Refuerzo vertical de bambú
6-19
6-14 a 6-19 Prototipo de una vivienda antisismica de bajo
costo con tapial reforzado, Guatemala, 1978
(Minke 2001)
Vivienda antisismica de tapial reforzado en Alhué, Chile 2001
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7. Muros de adobe
Los bloques de barro producidos a mano
rellenando barro en moldes y secados al aire libre
se denominan adobes. Cuando la tierra húmeda
se compacta en una prensa manual o mecánica se
denominan bloques de suelo. Los ladrillos
producidos mediante un extrusor en una ladrillera,
sin cocer se denominan ladrillos crudos. Los
bloques más grandes compactados en un molde
se denominan bloques compactados o adobones.
La elaboración de los adobes se realiza ya sea
rellenando los moldes con un barro de consistencia
pastosa o lanzando un barro menos pastoso en el
molde.
Hay muchos tamaños y formas de adobes en el
mundo, la fig. 7-1 muestra diferentes moldes, que
usualmente son de madera. En Latinoamérica las
medidas mas comunes son 38 x 38 x 8 cm o 40 x
20 x 10 cm. La fig. 7-2 muestra un proceso de
elaboración de adobes en Ecuador.
Existen también prensas manuales para elaborar
bloques de tierra, la más conocida es la CINVARam, ver fig. 7-3. Existen varias variantes de esta
prensa por ejemplo la CETA-Ram, ver fig. 7-4,
7-1 Moldes para adobes ( Minke 2001)
7-2 Proceso de elaboración de adobes en Ecuador
7.1 Generalidades
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Para la ejecución de la maposteria deben tenerse
en cuenta las siguientes recomendaciones:
- Las capas horizontales del mortero no deben
tener un espesor mayor a 2 cm.
- Las uniones verticales deben rellenarse com
pletamente con mortero.
- La calidad del mortero debe ser alta con un con
tenido de arcilla alto para obtener una buena
adherencia y una alta resistencia a la flexión.
- Los adobes deben mojarse antes de su
colocación.
desarrollada en la Universidad Católica de Asunción del Paraguay y permite elaborar tres unidades a la vez.
Mientras que una persona produce por día 300
adobes a manos, con este tipo de prensa una
persona solo llega a producir aproximadamente
150 unidades.
Estos bloques tienen la ventaja de tener medidas
constantes y superficies lisas.
La desventaja es que la resistencia a compresión
y flexión es menor y por ello es usualmente
necesaria la estabilización con cemento entre 4 a
8%.
Palanca
Molde
Pistón
7-4 CETA-Ram, Paraguay
7-3 CINVA-Ram, Colombia
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Tapa
7.2 Refuerzos internos
El Instituto nacional de normalización de la
vivienda en Perú (ININVI), desarrolló un sistema
de refuerzo interno para muros en el que hay dos
tipos de adobes, unos tienen ranuras de 5 cm de
diámetro en los extremos y otros son mitades de
adobes con una sola ranura para obtener la traba.
Por estas ranuras atraviesan varillas de caña, ver
fig. 7-5. En este sistema se refuerzan los muros
mediante contrafuertes integrados, intermedios
y en las esquinas, ver fig. 7-6.
La fig. 7-8 muestra una vivienda revocada,
construida con este sistema. En esta figura se
pueden ver las vigas horizontales de las cerchas
de la cubierta, conectadas con los contrafuertes,
logrando así una buena ligazón entre la cubierta
y los muros.
La figs. 7-6 y 7-8 muestran los aspectos más importantes para el diseño de una vivienda con este
sistema. Si los muros tienen una longitud 12 veces mayor al espesor, se recomienda ejecutar un
contrafuerte (machón) intermedio. En la intersección se requiere también un contrafuerte.
Las cañas horizontales que se pueden ver en la
fig. 7-5 ubicadas sobre los adobes, usualmente son
desventajosas, debido a que debilitan la
resistencia del muro a un impacto sísmico en vez
de reforzarlo.
La falla surge por la débil ligazón entre las capas
de adobe en las que se encuentran las cañas,
debido a que la capa de mortero no es
suficientemente gruesa para proveer una buena
unión. Para obtenerla es necesaria una capa de
mortero de 2 cm sobre y debajo de la caña, que
da como resultado una junta de 6 a 8 cm.
En este sistema los adobes deben ser rugosos,
para que la adherencia de estos al mortero sea
suficiente. Si no se cumplen estos requerimientos
los elementos horizontales debilitan la estructura.
La fig. 7-7 muestra una planta usada en El
Salvador (Equipo Maiz 2001).
7-5 Sistema ININVI, Perú
7-6 Planta del sistema ININVI, Perú (Pereira 1995)
Si el diseño no provee contrafuertes en las esquinas, se requiere reforzar las mismas por ejemplo
con hormigón armado, como se puede ver en la
fig. 7-10. En la propuesta de arriba se requiere
hacer una traba cada 50 cm entre las varillas de
acero verticales y la mampostería de adobes, que
consiste en varillas de acero horizontales dobladas y enganchadas a la mampostería.
7-7 Planta del sistema ININVI, Perú (Pereira 1995)
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7-8 Centro de educación
Acomayo, Perú
(Pereira 1995)
7-9 Diseño con el sistema
de adobes reforzados
con contrafuertes
7-10 Esquinas reforzadas
con hormigón
armado
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7.3 Muros de bloques machihembrados
Esta es una solución interesante para construir
muros sin mortero con bloques de suelo cemento
que encajan entre si por medio de un sistema de
machihembrado.
En la fig. 7-11 se pueden ver diferentes diseños
de bloques. Estos son producidos con un prensa
manual y la tierra debe ser estabilizada con
cemento.
Estos muros pueden resistir los impactos sísmicos,
si reciben suficiente carga de la cubierta, si están
reforzados por elementos verticales (caña o hierro)
en cada intersección y en los espacios intermedios
y si estos elementos están arriostrados con el
encadenado.
Asimismo, la estructura es flexible y puede
absorber la energía cinética del sismo debido a
que los perfiles machihembrados tienen una
tolerancia mínima que permite a los bloques
moverse levemente en la dirección horizontal.
El sistema fue desarrollado en el Asian Institute
of Technology, Bangkok, las figs. 7-12 y 7-13
muestran la aplicación del mismo en la primera
vivienda piloto construida en 1984 en Tailandia.
En este caso los orificios fueron rellenados con
una lechada de cemento y arena en relación 1:3.
La fig. 7-14 ilustra un sistema similar desarrollado en la Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela. El sistema consiste en mampostería de
bloques de suelo cemento machihembrados con
ranuras y contiene refuerzos horizontales «rafas»
a una altura de 1.20 m de hormigón armado, de 6
cm de espesor anclados con cañas a los machones
verticales.
El anclaje entre los bloques machihembrados
tiene un espesor de solo unos milimetros y por
ello la resistencia a los impactos laterales es baja.
7-11 Bloques machihembrados (Weinhuber 1995)
7-12 y 7-13
Vivienda piloto, Tailandia 1984 (Weinhuber 1995)
Las figura 7-15 muestra una propuesta del autor
para incrementar esta resistencia mediante una
union de 40 mm de espesor con la que se obtiene
no solo una union vertical como en los otros
sistemas sino tambien una horizontal entre los
bloques.
En los orificios de los bloques se pueden colocar
refuerzos verticales, por ejemplo bambu fijado con
cemento. Si en los extremos de los muros hay
columnas de hormigon y sobre los muros un
encadenqdo de hormigon no son necesarios los
refuerzos verticales.
7-15 Sistema de bloques machiembrados FEB, 2001
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7.4 Muros con sistemas de refuerzo
horizontales y verticales de hormigón
armado
Las desventajas de los muros de mampostería
común, es su tendencia a colapsar por efecto del
sismo y la dificultad de controlar la calidad de ejecución de la obra.
Un método común para el mejoramiento del comportamiento sísmico de construcciones de
mampostería, es la utilización de columnas
verticales y encadenados horizontales de
hormigón armado alrededor de la mampostería.
Primero se realiza la mampostería y posteriormente se ejecutan los refuerzos verticales y
horizontales (refuerzo vertical mínimo 4 varillas
de 14 mm y estribos con diametro de 6 mm a una
distancia de 10 cm en la parte final)
En la fig. 7-16 se puede ver que es importante la
traba entre las columnas de hormigón y la
mampostería.
Esta solución es costosa, muy rígida y no tiene la
ventaja de la ductilidad (flexibilidad).
7-16 Estructura de hormigón armado con relleno de
mampostería
7-14 Sistema de la Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela (Pereira 1995)
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